Оптимизация и автоматизация тепловодоснабжения жилого дома - Студенческий научный форум

XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Оптимизация и автоматизация тепловодоснабжения жилого дома

Серячеко М.В. 1, Белозеров В.В. 1
1ДГТУ
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Как следует из Федерального закона "О теплоснабжении" [1], теплоснабжение – это обеспечение потребителей тепловой энергией (п.8,ст.2) с установленным качеством, которое является совокупностью установленных нормативными правовыми актами Российской Федерации и (или) договором теплоснабжения характеристик теплоснабжения, в том числе термодинамических параметров теплоносителя (п.2, ст.2) в системе теплоснабжения, представляющей собой совокупность источников тепловой энергии и теплопотребляющих установок, технологически соединенных тепловыми сетями (п.14, ст.2) с установленным уровнем надежности, при котором обеспечиваются качество и безопасность теплоснабжения (п.17, ст.2).

Источниками тепловой энергии являются ТЭЦ и котельные, в связи с чем, существуют три вида теплоснабжения зданий: централизованное, местное и автономное (индивидуальное). Автономное теплоснабжение используется только в индивидуальных домах, а при централизованном теплоснабжении тепловой энергией и горячей водой обеспечиваются города, отдельные районы (промышленные или жилые) и поселки городского типа. Местное теплоснабжение – это снабжение теплом одного или несколько домов [2].

Централизованные сети теплоснабжения имеют ряд преимуществ: возможность использование низкосортного топлива и снижение его расхода, улучшение санитарного состояния районов теплоснабжения, за счет применения средств утилизации вредных выбросов. Система централизованного теплоснабжения включает в себя источник тепловой энергии (ТЭЦ, котельная), тепловые сети и теплопотребляющие устройства. В отличие от котельных ТЭЦ вырабатывает и тепловую энергию, и электроэнергию. Теплоносителями в системах центрального отопления могут быть вода, пар и воздух; соответствующие системы называют системами водяного, парового или воздушного отопления. Каждая из них имеет свои достоинства и недостатки. Водяные системы теплоснабжения отличаются различными температурами и давлением воды, по способу перемещения воды и конструктивным решениям, зависящими от требований потребителей и экономических соображений. При увеличении расстояния, на которое необходимо «передать» тепло, увеличиваются потери и затраты на теплоснабжение возрастают. [4].

В децентрализованных системах теплоснабжения каждый потребитель имеет собственный источник теплоты: печи, котлы, водонагреватели. В газифицируемых населенных пунктах вместо котлов устанавливают автоматические газовые водонагреватели (АГВ), обеспечивающие не только отопление, но и горячее водоснабжение.

Автономные системы теплоснабжения предназначены для отопления и горячего водоснабжения одноквартирных и блокированных жилых домов. К автономной системе отопления и горячего водоснабжения относятся: источник теплоснабжения (котел) и сеть трубопроводов с нагревательными приборами и водоразборной арматурой.

Преимущества автономных систем теплоснабжения заключаются в следующем [4]:

1) отсутствие дорогостоящих наружных тепловых сетей;

2) возможность быстрой реализации монтажа и запуска в работу систем отопления и горячего водоснабжения;

3) низкие первоначальные затраты;

4) упрощение решения всех вопросов, связанных со строительством, так как они сосредоточены в руках владельца;

5) сокращение расхода топлива за счет местного регулирования отпуска тепла и отсутствие потерь в тепловых сетях.

Системы отопления бывают [5]:

1) водяные;

2) воздушные;

3) электрические, в том числе с греющим электрокабелем, заложенным в пол отапливаемых помещений, и аккумуляторные тепловые печи (проектируются при наличии разрешения энергоснабжающей организации).

Водяные системы отопления проектируются вертикальными с нагревательными приборами, установленными под оконными проемами, и с греющими трубопроводами, заложенными в конструкции пола. При наличии отапливаемых поверхностей, до 30% отопительной нагрузки следует обеспечивать нагревательными приборами, установленными под оконными проемами.

Квартирные системы воздушного отопления, совмещенные с вентиляцией, должны позволять работать в режиме полной циркуляции (люди отсутствуют) только на наружной вентиляции (интенсивные бытовые процессы) или на смеси наружной и внутренней вентиляции в любых желаемых соотношениях.

Рис. 1 - Горячее водоснабжение

Существует три вида теплоснабжения: отопление, вентиляция, горячее водоснабжение. Одним из важных является горячее водоснабжение.

Горячее водоснабжение - это снабжение горячей водой жилых домов, коммунальных и промышленных предприятий для бытовых и производственных нужд, а также комплекс оборудования и устройств, которые его обеспечивают. Системы горячего водоснабжения состоят из источников тепла, водоподготовительной аппаратуры, водонагревателей трубопроводов, транспортирующих воду, и устройств регулирования и контроля температуры воды.

Вода, подаваемая системами горячего водоснабжения в жилые и общественные здания и на хозяйственно-бытовые нужды промышленных предприятий, должна быть питьевого качества и удовлетворять требованиям ГОСТа. К качеству воды, идущей на технологические цели, предъявляют требования в зависимости от характера производства.

Постоянная циркуляция воды в закрытой системе горячего водоснабжения построена на принципе забора холодной воды из трубопровода и подачи ее в теплообменник. После нагревания вода подается в систему разводки по квартире. Рабочая жидкость в системе отопления и горячая вода для технических нужд потребителей разделены, так как теплоноситель может иметь токсичные включения для повышения своих теплообменных качеств. Кроме того, трубы ГВС быстрее ржавеют. Закрытой такая схема называется из-за того, что потребитель пользуется теплом, а не самим теплоносителем [4].

Рис. 2 - Закрытая система теплоснабжения

Закрытая автономная система получает энергию от теплоносителя, поступающего на тепловые пункты. Там вода доводится до необходимых параметров. Для систем отопления и горячего водопровода поддерживаются разные температурные режимы.

Недостатком системы является сложность процесса водоподготовки. Также дорого обходится доставка воды в тепловые пункты, расположенные далеко друг от друга.

При осуществлении горячем водоснабжении по открытой схеме вода «разбирается» потребителями непосредственно из тепловой сети. При этом отпадает необходимость установки водонагревателей в домах или на ЦТП и уменьшается возможность коррозии местных трубопроводов[4].

Рис. 3 - Открытая система теплоснабжения

Достоинством открытой системы является ее экономичность. Из-за большой протяженности трубопроводов качество воды ухудшается: она становится мутной, приобретает цветность, имеет неприятный запах. Попытки очистить ее делают способ применения дорогим.

Трубы теплосети, имеющие большой диаметр и мощную теплоизоляцию применяют в больших городах. От них делаются отводы к отдельным домам через тепловую подстанцию. Горячая вода поступает для использования и к радиаторам отопления из общего источника.

В отличие от дачи или коттеджа, теплоснабжение многоквартирного дома содержит сложную схему разводки труб и нагревателей. Кроме того, в систему входят средства контроля и обеспечения безопасности.

Для жилых помещений существуют нормативы отопления, где указываются критические уровни температуры и допустимые погрешности, зависящие от сезона, погоды и времени суток. Если сравнить закрытую и открытую системы теплоснабжения, первая лучше поддерживает необходимые параметры, которые должны соответствовать ГОСТ 30494-96.

Таблица 1 – Рекомендуемая температура в жилом доме.

Период года

Тип помещения

Температура воздуха, °С

оптимальная

допустимая

Холодный (температура за окном +8 °С и ниже)

Жилая комната

20-22

18-24

Кухня, туалет

19-21

18-26

Ванная, совмещенный санузел

24-26

18-26

Теплый (температура за окном выше +8 °С)

Жилая комната

22-25

20-28

Таблица 2 – Тарифы на горячую воду в открытой системе теплоснабжения(горячего водоснабжения) ООО «Ростовские тепловые сети» на 2019 - 2023 год [3].

№ п/п

Наименование регулируемой организации

Год

Компонент на теплоноситель, руб./куб.м

Компонент на тепловую энергию одноставочный, руб./Гкал

На период с 1 января по 30 июня

На период с 1 июля по 31 декабря

На период с 1 января по 30 июня

Н период с 1 июля по 31 декабря

 

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ «ГОРОД РОСТОВ-НА-ДОНУ»

1

АО «Теплокоммунэнерго»

2019

51.74

52.37

2178.77

2179.16

2020

52.37

48.79

2179.16

2233.94

2021

48.79

56.32

2233.94

2302.85

2022

56.32

52.40

2302.85

2357.43

2023

52.40

60.57

2357.43

2435.27

В последнее время обогрев индивидуальных жилых домов все чаще реализуется с помощью систем электрического отопления (рис.4).

Рис. 4. Комбинированная система электрообогрева дома

Очевидно, это вызвано тем, что единовременные затраты при установке электрообогрева в 3 раза ниже, чем проектирование и монтаж системы газоснабжения дома, а также в тех случаях, когда дом расположен в не газифицированной местности [6-8].

Установки водяного, воздушного или инфракрасного электрического отопления, помимо возможности их самостоятельного монтажа и эксплуатации, обладают существенными преимуществами [8], во-первых, простотой управления и регулировки работы путем задания требуемой температуры (не требуется контроля потребления топлива), во-вторых, современные радиаторы, конвекторы и инфракрасные излучатели позволяют установить комфортный режим уже через 10 минут после их включения, в-третьих, электрическое отопление позволяет исключить взрывы и пожары от утечек бытового газа, которые участились в последние годы в России [9].

Сравнительный анализ существующих методов и средств жизнеобеспечения индивидуальных жилых домов приводит к выводу, что появилась возможность последовательного повышения эффективности системы электрического обогрева/охлаждения дома путем комплексирования её с солнечными батареями и вихревыми воздухоохладителями. Принимая во внимание, что достоинства и недостатки существующих средств и газового, и электрического обогрева, включая их эффективность, достаточно исследованы , представляют интерес перспективы их совершенствования с точки зрения безопасной жизнедеятельности. Применение полимерных конструкций «водяных теплых полов» обеспечивает их безопасность и высокую надежность, а в «солнечной подсистеме» высокие показатели надежности и безопасности обеспечиваются контроллером и «интеллектом» инвертора [10].

Выводы: Проведенные исследования показали перспективность применения электрообогрева в индивидуальных жилых домах , как самого экологически чистого и безопасного способа, при условии последовательной реализации современных инновационных технологий. Приведена модель схемы электрообогрева индивидуального жилого дома с использованием солнечных батарей и рекомендаций по обеспечению надежности и пожарной безопасности электрокотлов. Показано, что при диагностике и подавлении пожарно-электрического вреда (ПЭВ) с помощью электросчетчиков-извещателей (ЭСИ) можно достичь пожарной безопасности жилья в соответствии с ГОСТ 12.1.004-91, а также определять и оплачивать только «качественную» электроэнергию [10].

Список литературы

1. Федеральный закон 190-ФЗ от 27.07.2010 (ред. от 29.07.2018) "О теплоснабжении". [Электронный ресурс ] .

URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_102975/

2. Меняев К. В. Тепловые электрические станции: Учебное пособие / Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова.- Барнаул : Изд-во АлтГТУ, 2014.- 121 с.

3. Лагерева Э.А. Анализ тарифов тепловой энергии для коммунальных потребителей в условиях крупного города //Научно-технический вестник Брянского государственного университета.- 2018.- №4. С.398-404; DOI: 10.22281/2413-9920-2018-04-04-398-404с. 398-404

4. Мусинов Д.О., Петринчик В.А. Способ оптимизации системы теплоснабжения / Мусинов Д.О., // Вузовская наука - региону: Материалы третьей всероссийской научно-техн. конф.- Вологда: ВоГТУ, 2005.-Т. 1. - С. 51-53.

5. Проектирование систем отопления и вентиляции зданий: учебное пособие / Сост.: А.А. Балашов, Н.Ю. Полунина, В.А. Ивановский, Д.С. Кацуба. – Тамбов: ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2014. – 132 с.

6. Рекомендации по устройству электрообогреваемых полов и панелей / А.Н. Михальчук, В.Т. Фомичев, О.Н. Горячев, Пупков И.И., Гуркин Г.Н., Иваненко В.И., Михайлов С.Е., Белозеров В.В. – Зерноград: ВНИПТИМЭСХ, 1986.-21с.

7. Николаев С.В. Водяной теплый пол со стальным характером //Промышленный электрообогрев и электроотопление – 2015. – № 2. – С. 68–71. – 21 с.

8. Отопление жилых домов // ЭВАН news. – 2016. –№ 3. – С. 11–21.

9. Корнеев В. Взрывы бытового газа в жилых домах в России в 2016 году. Досье // ТАСС: информационное агентство России. 2016. [Электронный ресурс]

URL: http://tass.ru/info/3727196

10. Белозеров В.В., Долаков Т.Б., Белозеров В.В. О безопасности и перспективах электрообогрева в индивидуальных жилых домах //Современные наукоемкие технологии.- 2017.- № 11. С. 7-13.

Просмотров работы: 108